Что такое сосуды древесины
1. Строение дерева, ее основные части
Растительный мир делится на низшие и высшие растения, для которых характерно наличие корня, стебля и листьев. В них происходит ряд физиологических процессов, необходимых для роста и развития растений. В растущем дереве выделяют корни, ствол и крону (рис. 1).
Рис. 1. Части растущего дерева: 1 — корни; 2 — ствол; 3 – крона
Корни 1 составляют целую систему, которая включает в себя мелкие корешки, всасывающие воду с растворенными в ней минеральными веществами, и толстые корни, которые проводят воду и хранят запасы питательных веществ, а также способствуют поддержанию самого дерева в вертикальном положении.
Ствол 2 поддерживает крону дерева и связывает ее с корнями. По стволу в восходящем токе перемещаются растворы минеральных веществ, а в нисходящем – растворы органических веществ, образующихся в листве. В стволе также происходит накопление и хранение питательных веществ.
Крона 3 представляет собой совокупность ветвей, покрытых листьями или хвоей. В зеленых листьях кроны в процессе фотосинтеза вырабатываются сложные органические вещества, необходимые для жизни и роста дерева, механизм образования которых представляет собой процесс поглощения углекислоты из воздуха и воды, поступающей из почвы, а также действия света. Крона дерева в настоящее время используется не достаточно широко, хотя ее биомасса содержит много ценных веществ.
Изучение ствола осуществляется на трех главных разрезах (рис. 2) поперечном, или торцовом, когда плоскость сечения перпендикулярна оси ствола; радиальном, когда плоскость сечения проходит вдоль оси ствола; тангенциальном, когда плоскость сечения проходит вдоль оси ствола перпендикулярно радиусу торца.
Рис. 2. Главные разрезы ствола (б): П — поперечный разрез, Р — радиальный разрез, Т — тангенциальный разрез
Ствол составляет основную массу дерева. У некоторых пород на его долю приходится до 90 % массы. Структура древесного ствола показана на рис. 3.
Ствол представляет собой конусообразное тело, покрытое корой 6. Кора предохраняет дерево от внешних воздействий и повреждений. Внутренняя часть коры, проводящая органические питательные вещества, образующиеся в листьях, вниз по стволу, называется лубом 5. В центре ствола находится небольшая по размерам сердцевина 1. Эта низкокачественная часть дерева на поперечном разрезе имеет вид пятнышка диаметром 2…5 мм коричневого или бурого цвета, чаще всего округлой или овальной формы. Основную часть ствола составляет древесина 3. Между корой и древесиной находится камбий 4 – тонкий слой живой образовательной ткани, который служит для питания и образования древесины и коры. С увеличением диаметра ствола доля коры уменьшается (толщина коры уменьшается по направлению от комля к вершине).
Рис. 3. Структура древесного ствола на поперечном (П), радиальном (Р) и тангентальном (Т) разрезах: 1 – сердцевина; 2 — ядро; 3 — заболонь;4 — камбий; 5 — луб; 6 – кора
2. Строение древесины
2.1. Макроскопическое строение древесины
Строение древесины можно изучать невооруженным глазом, в таком случае можно рассмотреть макроскопическое строение древесины. Микроскопическое строение можно внимательно изучить только с использованием микроскопов различных типов.
Изучая макроскопическое строение древесины, можно обнаружить, что у некоторых пород древесина окрашена неравномерно: во внутренней части ствола она более темная, чем на периферии. В этих случаях темноокрашенная часть древесины называется ядром, а более светлая – заболонью. Такие породы называются ядровыми (сосна, лиственница, ясень, дуб и др.).
У других пород центральная часть ствола не отличается по цвету от наружной, такие породы принято называть безъядровыми. Среди этой группы древесных пород можно выделить такие, у которых центральная зона в растущем дереве имеет меньшую влажность, чем периферическая, такие породы принято называть спелодревесными (бук осина и др.). Породы не имеют ядра и не отличающиеся по содержанию влаги (например, ель, пихта, береза, осина, липа и др.) называются заболонными.
Ежегодно на стволе образуются слои древесины в виде концентрических, реже волнистых, колец разной ширины – это годичные слои (рис. 4), которые особенно хорошо заметны у хвойных и некоторых лиственных пород. На разрезах они имеют вид продольных полос и извилистых линий. Их ширина зависит от породы, возраста дерева, положения в стволе, условий произрастания. У многих пород видно, что годичный слой состоит из двух частей: светлоокрашенной мягкой части – ранней древесины (она образуется в первой половине вегетационного периода) – и наружной, обращенной к коре, более темной и твердой части – поздней древесины. По ранней древесине происходит передвижение воды вверх по стволу, а поздняя древесина выполняет в основном механические функции.
На поперечном разрезе некоторых пород, например, дуба, хорошо видны светлые блестящие линии, расходящиеся от сердцевины к коре по радиусам, называемые сердцевинными лучами. Лучи имеются у всех пород – как у лиственных, так и у хвойных. Их ширина зависит от породы, условий произрастания и колеблется от 0,05 до 1 мм. Они служат для перемещения воды в поперечном направлении и хранения питательных веществ зимой.
Сердцевинные повторения (прожилки) – это буроватые или коричневатые черточки, полоски или пятнышки, расположенные в основном у границ годичных слоев в некоторых лиственных породах (например, березы, ольхи, клена, осины, ивы, груши, рябины). По своему цвету и строению они напоминают сердцевину и являются заросшими ходами насекомых, которые обычно встречаются в нижней части ствола у лиственных пород и, реже, у хвойных. Сердцевинные повторения ухудшают качество продукции, изготовленной из данной древесины и считаются одним из пороков древесины.
Сосуды – элементы строения древесины лиственных пород (у хвойных их нет), имеющие форму трубок разных размеров. В растущем дереве по сосудам из корней в крону поднимается вода. На поперечном разрезе они представляют собой небольшие отверстия и подразделяются на крупные и мелкие.
Рис. 4. Схема формирования ствола (а) и вид годичных слоев (б) на поперечном (П), радиальном (Р) и тангентальном (Т) разрезах (светлая – ранняя древесина; темная – поздняя древесина
Крупные сосуды чаще сосредоточены в ранней зоне годичных слоев, мелкие – собраны в группы и расположены в поздней зоне, где видны за счет светлой окраски. По расположению сосудов в древесине лиственные породы подразделяют на кольцесосудистые с кольцом крупных сосудов в ранней зоне и рассеяннососудистые, у которых все сосуды независимо от величины распределены по годичному слою более равномерно.
Смоляные ходы – элементы строения хвойных пород, представляющие собой тонкие, наполненные смолой каналы. Причем смоляные ходы имеются только у сосны, кедра, лиственницы и ели у остальных хвойных пород (пихты, тиса и можжевельника) – их нет. Различают вертикальные и горизонтальные ходы, образующие общую смолоносную систему, которая в общем объеме древесины составляет менее 1 %.
2.2. Микроскопическое строение древесины
Более глубокое представление о строении древесины дает микроскопическое строение древесины. Древесина состоит из различного рода клеток, а клетка – из оболочки, которая наполнена живым протопластом. По форме клетки подразделяют на паренхимные и прозенхимные. Паренхимные клетки имеют округлую форму и тонкую оболочку и сохраняют живой протопласт. Прозенхимные клетки имеют вытянутую форму с утолщенными стенками и напоминают волокно.
Совокупность клеток с одинаковыми строением и функциями образует ткани. В растущем дереве представлены следующие типы тканей: покровные, механические, проводящие, запасающие, образовательные и ассимиляционные (процесс фотосинтеза).
Основное вещество из которого состоит оболочка клетки, или клеточная стенка – целлюлоза, пучки которой представляют собой микро- и макрофибриллы. Различают первичную (тонкую) и вторичную (более толстую) оболочки. Вторичная оболочка содержит поры. Нависшая вторичная оболочка над полостью поры в виде свода образует окаймленную пору. Если она отсутствует, то пора простая. Между полостями пор находится проницаемая мембрана. В центре мембраны в окаймленных порах у хвойных пород имеется торус – непроницаемое утолщение, которое может иметь различную форму. Пространство между фибриллами заполнено лигнином и гемицеллюлозами.
Строение древесины хвойных и лиственных пород.
Древесина хвойных пород состоит из двух взаимопроникающих систем клеток, расположенных вдоль и поперек оси ствола. Проводящую и механическую функции выполняют трахеиды – вертикально расположенные прозенхимные клетки с отмершим протопластом.
Различают ранние трахеиды (рис. 5, а), которые образуются в начале вегетационного периода и выполняют проводящую функцию, и поздние трахеиды (рис. 5, б), которые играют роль механических элементов.
Рис. 5. Анатомические элементы древесины хвойных пород (сосны): а — ранняя трахеида (радиальный разрез): 1 — крупные окаймленные поры, 2 — простая (оконцевая) пора в месте контакта с сердцевинными лучами, 3 — мелкая окаймленная пора; б — поздняя трахеида (радиальный разрез); в — сердцевинный луч (радиальный разрез): 1 — лучевые трахеиды, 2 — паренхимные клетки; г — смоляной ход (поперечный разрез): 1 — клетка сопровождающей паренхимы, 2 — выстилающая клетка (эпителий), 3 — мертвая пустая клетка, 4 — сердцевинный луч; д — сердцевинный луч с горизонтальным смоляным ходом (тангентальный разрез): 1 – сердцевинный луч; 2 – горизонтальный смоляной ход
В ранних трахеидах находится много крупных окаймленных пор. Запасающую функцию выполняют живые паренхимные клетки (рис. 5, в), которые в основном входят в состав сердцевинных лучей (рис. 5, в-д). Они сопровождают смоляные ходы и иногда располагаются в виде древесной паренхимы.
Древесина лиственных пород состоит из большего набора анатомических элементов, расположенных менее упорядоченно Проводящую функцию у лиственных пород выполняют сосуды (рис. 6, а) с порами на стенках и трахеиды, механическую – волокна либриформа (рис. 6, б) и волокнистые трахеиды, запасающую – паренхимные клетки, образующие тяжи (рис. 6, в). Сосуды состоят из члеников – отдельных коротких клеток с широкими полостями и тонкими стенками. При разрушении боковых стенок клеток образуются круглые или щелевидные отверстия, которые называются соответственно простыми и лестничными перфорациями (рис. 6, г).
Рис. 6. Анатомические элементы древесины лиственных пород: а — сосуд из члеников с простой перфорацией; б — волокно либриформа; в — часть тяжа древесной паренхимы; г — лестничная перфорация; д — спиральное утолщение; е — тиллы (вздутия) в сосуде: 1 — стенка сосуда, 2 – тиллы; ж — неоднородный сердцевинный луч: 1 — с лежачими паренхимными клетками; 2- со стоячими паренхимными клетками
3. Химический состав древесины и коры
Древесина состоит преимущественно из органических веществ (не менее 99 % общей массы) в виде целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, в состав которых входит углерод, водород, кислород и немного азота. Кроме основных в древесине присутствуют экстрактивные вещества (танниды, смолы, камеди, пектины, жиры и др), растворимые в воде, спирте или эфире. Химический состав древесины разных пород практически одинаков. Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49-50 % углерода, 43-44 % кислорода, 6 % водорода и 0,1. 0,3 % азота.
При сжигании древесины остается ее неорганическая часть – зола (0,1… 1 %) В ее состав входят кальций, калий, натрий, магний и в меньшем количестве фосфор, сера. Они образуют минеральные вещества, большинство из которых (75-90 %) нерастворимы в воде. Среди растворимых – щелочные (поташ и сода), а среди нерастворимых – соли кальция.
Химический состав коры мало отличается от состава древесины и ветвей, но кора содержит гораздо меньше целлюлозы и значительно больше лигнина (особенно кора сосны), экстрактивных и минеральных веществ, а также содержит суберин, которого нет в древесине.
4. Пороки древесины
Изменение внешнего вида древесины, нарушения правильности ее строения, целостности тканей и другие недостатки, снижающие ее качество и ограничивающие возможности ее практического использования, называются пороками древесины.
Значение порока зависит от области применения древесины, а также от уровня развития науки и техники в данный период.
ГОСТ 2140 — 81 охватывает широкую номенклатуру пороков, которые разделены на девять групп, приведенных по мере значимости в порядке убывания:
- 1 – сучки;
- 2 – трещины;
- 3 – пороки формы ствола;
- 4 – пороки строения древесины;
- 5 – химические окраски;
- 6 – грибные поражения;
- 7 – биологические повреждения;
- 8 – инородные включения, механические повреждения и пороки обработки;
- 9 – покоробленности.
В каждую группу входит несколько видов пороков, для некоторых пороков указаны их разновидности. Часть пороков характерна только для круглых лесоматериалов, другие свойственны только пилопродукции или шпону.
Просмотров: 1 962
Источник
Описанные выше особенности макроскопического строения древесины относятся одинаково как к хвойным, так и лиственным породам. Ниже будут рассмотрены еще две особенности, одна из которых присуща древесине только лиственных, а вторая — только древесине хвойных пород. На поперечном разрезе древесины некоторых лиственных пород (дуба, грецкого ореха и др.) можно заметить мелкие отверстия, представляющие собой поперечные разрезы сосудов. Сосуды имеют форму трубок разной величины и являются характерным элементом строения древесины лиственных пород (у хвойных пород сосудов нет). Сосуды делятся на крупные, ясно заметные невооруженным глазом, и мелкие, неразличимые невооруженным глазом. В некоторых породах мелкие сосуды собраны в группы, которые можно обнаружить без микроскопа.
Крупные сосуды чаще сосредоточены в одной ранней зоне годичных слоев, образуя на поперечном разрезе пористое кольцо (например, у дуба); реже крупные сосуды распределены по годичному слою равномерно (например, у грецкого ореха). Собранные в группы мелкие сосуды при наличии крупных сосудов в ранней зоне сосредоточены в поздней зоне, где они заметны благодаря более светлой окраске. Если крупных сосудов нет, мелкие сосуды у большинства пород рассеяны по всему слою; однако их количество и величина несколько уменьшаются по направлению к внешней границе слоя.
Рис. 11. Типы группировки сосудов: а, б, в — кольцесосудистые породы с радиальной (каштан), тангенциальной (ильм) и рассеянной (ясень) группировкой мелких сосудов в поздней зоне; г — раесеяннососудистая порода (орех).
Описанное распределение сосудов позволяет разделить лиственные породы на кольцесосудистые, с кольцом крупных сосудов в ранней зоне годичных слоев, и рассеяннососудистые, у которых сосуды независимо от величины распределены по годичному слою более или менее равномерно (рис. 11). Резкая разница между ранней и поздней зоной делает хорошо заметными годичные слои в кольцесосудистых породах. В то же время у рассеяннососудистых пород нет различия между этими зонами, поэтому годичные слои имеют однородное строение и границы между ними плохо заметны.
Кольцесосудистыми среди наших лиственных пород являются дуб, ясень, каштан съедобный, вяз, ильм, карагач, бархатное дерево, фисташка и некоторые др. К рассеяннососудистым относится большинство лиственных пород, среди них с крупными сосудами — грецкий орех и хурма, а с мелкими — остальные: береза, осина, ольха, липа, бук, клен, платан, тополь, ива, рябина, груша, лещина и др.
По группировке мелких сосудов в поздней древесине кольцесосудистые породы могут быть разделены на три подгруппы: 1) породы с радиальной группировкой мелких сосудов (дуб, каштан съедобный); группы мелких сосудов здесь имеют вид язычков пламени, расположенных в поздней древесине и направленных поперек годичных слоев; 2) породы с тангенциальной группировкой мелких сосудов (ильмовые); в этих случаях группы мелких сосудов имеют вид светлых волнистых линий, направленных параллельно границе годичных слоев; 3) породы с мелкими сосудами, распределенными в поздней зоне без особого порядка (ясень). На рис. 11 показаны схемы четырех типичных группировок сосудов на поперечном разрезе в древесине лиственных пород.
На продольных разрезах сосуды, особенно крупные, бывают заметны в виде бороздок. Сосуды редко проходят в стволе строго вертикально, поэтому на продольных разрезах бороздки обычно бывают короткими, так как в разрез попадает только часть сосуда. Диаметр крупных сосудов колеблется от 0,2 до 0,4 мм, мелких — от 0,016 до 0,1 мм. Длина сосудов обычно не превышает 10 см, но у дуба достигает 3,6 м. Объем сосудов у разных пород колеблется в широких пределах, а для данной породы зависит от условий произрастания. Объем крупных сосудов в древесине дуба из нагорных дубрав и с солонцовых почв примерно одинаков, но объем мелких сосудов во втором случае в 2 раза больше. По радиусу ствола размер сосудов сначала увеличивается по направлению от сердцевины к коре, достигая максимума, после чего остается постоянным или несколько уменьшается. По высоте ствола число сосудов и площадь их сечения возрастает по направлению от комля к вершине. В растущем дереве по сосудам поднимается вода из корней в крону; в срубленной древесине сосуды, являясь слабыми элементами, понижают ее прочность.
Источник
Знание анатомического строения древесины важно не только для ее диагностики, но и для понимания ее свойств и процессов развития в ней грибов.
Древесина, как часть растения и часть его системы тканей, обладает характерным клеточным строением.
Каждая живая растительная клетка состоит из двух основных частей: оболочки и протоплазмы. Живая растительная клетка схематично изображена на рис. 2.3.
Клеточная оболочка имеет слоистую структуру, что определяется ее происхождением и способом утолщения. Оболочка возникает во время деления клетки, когда из одной материнской клетки образуется 2 дочерние путем возникновения посередине перегородки – новой клеточной оболочки при одновременном делении всей протоплазмы. Во время этого процесса сначала возникает общий для клеток центральный пектиновый, или клеящий слой, вслед за которым по направлению к центру новых клеток образуется первичная, или камбиальная, оболочка клетки. На первичную оболочку в том же направлении откладывается вторичная оболочка, состоящая из трех слоев; наружного, среднего и внутреннего. Строение клеточной оболочки схематично изображено на рис. 2.4.
Основная часть древесной массы живого дерева состоит из клеточных оболочек, уже не содержащих живой протоплазмы. В древесине мертвых деревьев совсем нет живых клеток.
Древесина состоит в основном из клеток четырех типов: сосудов, трахеид, волокон либриформа и паренхимных клеток.
Сосуды – цилиндрические клетки, открытые с двух сторон, причем один сосуд переходит в другой. Длина их колеблется от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. Так, у дуба они длиной около 4 м, а у ясеня отдельные сосуды проходят, не прерываясь, от корня до вершины ствола. Сосуды некоторых пород, например дуба, видны простым глазом, их внутренний диаметр колеблется около 0,5 мм. Оболочки сосудов утолщенные, одревесневшие внутри и укрепленные кольцевидными, спиральными или сетевидными утолщениями (рис. 2.5). Кроме этого, клеточные оболочки имеют большое количество утончений, называемых в зависимости от их строения простыми порами, полуокаймлен-ными или окаймленными порами (рис. 2.6, 2.7). Сосуды своим строением обеспечивают движение жидкостей, в том числе пропиточных, в оксиальном (продольном) направлении. Поперечное движение жидкостей из сосуда в сосуд и другие клетки осуществляется через сдвоенные поры различного строения.
Трахеиды в отличие от сосудов совершенно закрыты косыми перегородками. Стенки трахеид толстые одревесневшие, как правило, всегда с окаймленными порами. Длина трахеид 1…2 мм, ширина 30…50 мк.
Толщина стенок сильно колеблется в зависимости от породы и от зоны годичного слоя. Проникновение жидкостей из клетки в клетку происходит через поры в боковых стенках трахеид.
Тонкостенные трахеиды ранней зоны годичного слоя, несмотря на то, что имеют больше пор, менее проницаемы, но при длительной пропитке удерживают большее количество пропиточной жидкости. Наибольшую проницаемость имеют 2 последних ряда трахеид поздней зоны годичного слоя.
Либриформ – длинные, волокнистые, заостренные на концах клетки с толстыми одревесневшими оболочками и малыми внутренними полостями.
Иногда на их стенках имеются узкие щелевидные поры. Длина волокон либриформа колеблется от 0,2 до 1 мм и больше, ширина – от 5 до 30 мк. В древесине либриформ является механическим каркасом. По форме эти клетки напоминают трахеиды хвойных и также не имеют продольной сообщаемости между клетками. Поперечное движение жидкостей происходит только через окаймленные и простые поры в их боковых стенках.
Паренхимные клетки обычно маловытянутые, мелкие, тонкостенные, закрытые, с большим количеством пор в оболочках. Эти клетки живые, с большим содержанием запасных веществ (крахмал, капельки жира и пр.) или продуктов метаболизма (смолы, танниды и пр.). Из таких клеток состоят сердцевинные лучи и камбий. Они входят в состав древесины в виде так называемой древесной паренхимы. В старых по возрасту годичных слоях ядровой древесины древесная паренхима прорастает в отмершие сосуды, закупоривает их, образуя так называемые тиллы.
Сердцевинные лучи являются общими элементами строения как лиственных, так и хвойных пород. Они представляют собой различные по форме, строению и размерам лентообразные системы радиально расположенных клеток. Сердцевинные лучи переносят жидкость как в продольном, так и в поперечном направлениях за счет простых и окаймленных пор. Причем именно по сердцевинным лучам в основном распространяется жидкость в радиальном направлении.
Итак, древесина – пористый материал с регулярной и специфической для каждой породы структурой. По анатомическому строению древесина делится в основном на 2 типа – лиственные и хвойные. Анатомия лиственных пород резко отличается от анатомии хвойных.
Древесина хвойных состоит только из трахеид, проводящих воду в продольном направлении и являющихся одновременно механической тканью, редких паренхимных клеток и лучеобразно расходящихся от центра ствола сердцевинных лучей, проводящих соки в радиальном направлении, а также смоляных ходов, имеющихся, однако, не у всех пород.
Смоляные ходы – это межклеточные каналы, не имеющие своих стенок. Нередко они образуют сообщающиеся системы в стволе в вертикальном и радиальном направлениях. Вертикальные смоляные ходы располагаются в основном в поздней древесине. Горизонтальные смоляные ходы располагаются внутри сердцевинных лучей и имеют значительно меньшие размеры. Они могли бы быть эффективными путями движения жидкостей при пропитке, но этому в различной степени мешает перекрытие их местными образованиями смолы и других веществ.
Строение древесины лиственных пород более сложно. В продольном направлении у этих пород проходят широкие сосуды. Сосуды могут быть сосредоточены или в ранней древесине (как у так называемых кольцесосудистых пород, таких как дуб, ясень, ильм, акация и т.п.), или же разбросаны по всей ширине годичного слоя (как у рассеяннососудистых пород, таких как береза, липа, грецкий орех и т.п.). В силу этих обстоятельств пропитка рассеяннососудистых пород древесины обычно бывает более равномерной, чем кольцесосудистых.
Основную массу древесины образуют толстостенные волокна либриформа, гораздо реже встречаются трахеиды (в основном в сердцевинных лучах). Много паренхимных клеток, особенно вблизи сосудов. Древесина также пронизана сердцевинными лучами. Вследствие своего строения древесина лиственных пород более проницаема, чем хвойных, но все же тверже и плотнее последней.
Анатомическое строение древесины во многом определяет ее свойства. Древесина хвойных бывает, как правило, легче, так как состоит из трахеид с малоутолщенными стенками, но тем не менее является достаточно прочной (отдельные трахеиды тесно связаны друг с другом). Твердая древесина лиственных пород обычно тяжелее, так как образована преимущественно либриформом с очень толстыми стенками и малыми полостями. Степень твердости древесины зависит от количества клеток либриформа и толщины их оболочек, что определяет не только вес и твердость, но и прочие физико-механические свойства древесины.
Источник